CN115453493A - 光扫描装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光扫描装置及激光雷达。根据本发明的一实施例的光扫描装置包括：支撑部，绕旋转轴进行旋转，具有与旋转轴相隔的多个侧面；旋转挡板，固定于支撑部，在支撑部的侧面与旋转挡板之间形成能够插入反射镜的缝隙；反射镜，插入旋转挡板和支撑部之间的缝隙，多个侧面中的第一侧面在旋转轴方向的第一端形成有从支撑部凸出的底板，反射镜与底板接触。

Description

光扫描装置及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种能够将激光旋转扫描的激光雷达。

背景技术

在自动驾驶及自主行走机器人领域中，可以借助激光雷达（LIDAR）等设备来探测周围物体。激光雷达可以通过向周围三维空间发射激光束作为探测信号，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波信号并返回，激光雷达将接收的回波信号与发射的探测信号进行比较，从而获得关于周围物体的诸如距离、速度等相关信息。

如上述的激光雷达包括发射模块和接收模块。发射模块产生并发射激光束，打在周围物体上并反射回来的激光束被接收模块接收。由于光速是已知的，因此可以通过激光的传播时间测量周围物体相对于激光雷达的距离。

并且，由于激光雷达中包括的发射模块或接收模块的数量是有限的，因此可以通过设置光扫描装置将从发射模块发出的激光在较大的视场范围内进行扫描。

发明内容

本发明提供一种可以提高从激光雷达的发射模块发出的激光的扫描范围的光扫描装置及具有此的激光雷达。

根据本发明的一实施例的光扫描装置包括：支撑部，绕旋转轴进行旋转，具有与旋转轴相隔的多个侧面；旋转挡板，固定于支撑部，在支撑部的侧面与旋转挡板之间形成能够插入反射镜的缝隙；反射镜，插入旋转挡板和支撑部之间的缝隙，多个侧面中的第一侧面在旋转轴方向的第一端形成有从支撑部凸出的底板，反射镜与底板接触。

并且，第一侧面的第一端相较于第一侧面的与第一端相对的第二端可以更靠近旋转轴。

并且，在第一侧面的第一端和第二端之间可以形成有台阶部，第一侧面各个点与旋转轴的距离在台阶部突变，反射镜与所述台阶部接触。

并且，台阶部的形成方向可以垂直于所述旋转轴。

并且，多个侧面可以平行于旋转轴。

并且，在支撑部的多个侧面之间可以形成有支撑台，旋转挡板固定于支撑台。

并且，在支撑部的侧面可以形成有凸出部，凸出部与反射镜接触，凸出部的形成方向与底板的形成方向垂直。

并且，底板的形成方向可以垂直于旋转轴。

并且，在支撑部内部可以设置有驱动支撑部以旋转轴为中心旋转的马达，支撑部、旋转挡板及反射镜借助马达以旋转轴为中心进行旋转。

并且，反射镜可以为平面镜形态，并且形成为矩形。

根据本发明的另一实施例的激光雷达可以包括：如上所述的光扫描装置； 发射模块，向光扫描装置发出激光；接收模块，接收从发射模块发出且在光扫描装置反射后，在激光雷达外部的物体反射后，在光扫描装置反射的激光。

根据本发明的一实施例，可以具有如下效果中的至少一个：1）可以使多个反射镜相对于旋转轴的倾斜角不同而增加激光线数；2）组装简单，将支撑部及旋转挡板固定后，插入反射镜即可；3）可以使用平面镜而减少反射镜的制造成本；4）将旋转挡板和支撑部结合而形成，有助于激光雷达的发射部分和接收部分之间的隔光。

本发明的效果不限于如上所述的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的发射部分的示意图。

图2是示出根据本发明的一实施例的光扫描装置的立体图。

图3是示出根据本发明的一实施例的支撑部的立体图。

图4是示出根据本发明的一实施例的支撑部和旋转挡板的立体图。

图5~图6是示出根据本发明的一实施例的旋转挡板的平面图。

图7是说明反射镜设置于支撑部和旋转挡板的方式的示意图。

图8是示出旋转挡板与固定挡板的连接关系的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

并且，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的发射部分的示意图。图2是示出根据本发明的一实施例的光扫描装置的立体图。

如图1所示，根据本发明的一实施例的激光雷达的发射部分包括发射模块10、准直透镜40及光扫描装置30。从发射模块10沿水平方向发出的激光可以入射到准直透镜40。准直透镜40可以为聚焦透镜而使入射的激光变成准直光线，在准直透镜40准直的激光可以入射到光扫描装置30。光扫描装置30可以是转镜形态，入射到光扫描装置30的激光可以在一个反射面反射而改变角度后向激光雷达的外部发出。其中，通过光扫描装置30的旋转，可以使在光扫描装置30的一个反射面反射的激光在预定水平范围内扫描。

图1中示出了光扫描装置30具有4个反射面的情形，但本发明不限于此。光扫描装置30可以2个、3个或5个以上的反射面。反射面的数量可以根据需求适当地选择。

并且，光扫描装置30可以具有旋转轴，光扫描装置30可以围绕该旋转轴进行旋转。图1中，旋转轴可以位于光扫描装置30的中心且垂直于纸面。光扫描装置30的四个反射面可以与旋转轴平行，或者，也可以不与旋转轴平行。4个反射面相对于旋转轴可以分别具有不同的倾斜角。

如图2所示，光扫描装置30可以具有4个反射镜300，四个反射镜300分别设置于光扫描装置30的四个侧面。四个反射镜300可以为大致平行于旋转轴的形态，但可以不完全平行于旋转轴。C反射镜可以为上部比下部更靠近旋转轴的形态；B反射镜可以为下部比上部更靠近旋转轴的形态；A反射面可以为上部比下部更靠近旋转轴的形态。并且，A~C反射镜的倾斜程度可以根据需求适当地选择。通过使光扫描装置30的四个反射镜相对于旋转轴具有不同的倾斜角，可以使在四个反射镜反射的激光束在竖直方向上反射到不同的位置而提高激光雷达在竖直方向上的分辨率。例如，当四个反射镜300的倾斜角互不相同时，从一个发射模块发出的激光可以位于竖直方向上的四个不同位置。

如上所述，参照图1~2对激光雷达的发射部分进行了说明。激光雷达的接收部分的结构可以与发射部分类似。图1中，将发射模块10替换为接收模块即可得到接收部分的结构。并且，激光雷达的发射部分和接收部分优选上下相隔而形成。如图2所示，发射模块10可以位于旋转挡板200的上方而使从发射模块10发出的激光打到旋转挡板200的上方；接收模块可以位于旋转挡板200的下方而接收在旋转挡板200的下方的反射镜300反射的激光。

根据本发明的一实施例的激光雷达可以通过如上方式向激光雷达外部发出激光且接收在激光雷达外部反射的激光而探测激光雷达外部的物体。

接下来，参照图2~图8对根据本发明的一实施例的光扫描装置30进行更详细的说明。

图2是示出根据本发明的一实施例的光扫描装置的立体图。图3是示出根据本发明的一实施例的支撑部100的立体图。图4是示出根据本发明的一实施例的支撑部100和旋转挡板200的立体图。图5~6是示出根据本发明的一实施例的旋转挡板200的平面图。图7是说明反射镜300设置于支撑部100和旋转挡板200的方式的示意图。图8是示出旋转挡板200与固定挡板的连接关系的示意图。

如图2所示，光扫描装置30可以包括支撑部100、旋转挡板200及四个反射镜300。

支撑部100可以起到支撑旋转挡板200和反射镜300的作用。并且，支撑部100的内部可以是中空形态，从而可以在支撑部100的内部设置旋转马达而借助旋转马达使支撑部100带动旋转挡板200和反射镜300进行旋转。其中，假设旋转轴沿竖直方向设置，则支撑部100可以沿竖直方向设置，旋转挡板200可以沿水平方向设置。

如图3所示，支撑部100可以包括底板110、台阶部120、凸出部130及支撑台140。

支撑部100可以大致形成为中空的长方体形状。底板110可以位于支撑部100的一个侧面的上端或下端，并且形成方向可以垂直于旋转轴。并且，底板110可以沿支撑部100的上端/下端边缘形成且从支撑部100的侧面向外凸出预定高度。预定高度为能够放置后述的反射镜300的高度。

台阶部120可以形成为垂直于旋转轴的方向，或者可以与底板110平行地形成。台阶部120可以将支撑部100的侧面沿上下方向分为高低两个区域。即，图3中，在支撑部100的A面，台阶部120上方的区域可以为低厚度区域；台阶部120的下方的区域可以为高厚度区域，即，支撑部100的A面的各个点距旋转轴的距离可以在台阶部120突变。底板110可以形成于A面的上方的低厚度区域。并且，在支撑部100的B面，台阶部120上方的区域可以为高厚度区域；台阶部120的下方的区域可以为低厚度区域。底板110可以形成于B面的下方的低厚度区域。其中，底板110优选形成于支撑部100侧面的更接近旋转轴的一侧。

在本发明中对在支撑部100的一个侧面形成一个台阶部120的情形进行了说明。但本发明不限于，在支撑部100的一个侧面可以形成多个台阶部120而将支撑部100的侧面沿上下方向分为多个不同厚度的区域。该厚度可以沿上下方向逐渐变厚或者逐渐变薄。

并且，在本发明的另一实施例中，也可以不形成台阶部120，可以使支撑部100的侧面整体相对于旋转轴倾斜。即，可以不使支撑部100的厚度在台阶部120突变，而使支撑部100侧面的厚度从上至下或者从下至上缓慢逐渐变小。

支撑部100还可以形成有支撑台140。支撑台140可以形成于支撑部100的多个侧面之间的位置。支撑台140可以用于放置后述的旋转挡板200。并且，支撑台140的上部可以开放而方便旋转挡板200从上方往下放置于支撑台140。在支撑台140及旋转挡板200可以形成有螺纹孔，从而当旋转挡板200置于支撑台140上时可以通过螺丝将旋转挡板200固定于支撑台140。支撑台140和台阶部120的相对高低位置不受限，支撑台140可以位于台阶部120上方或下方。

图4示出旋转挡板200置于支撑台140后的形状。如图4所示，在旋转挡板200设置于支撑台140上后，在旋转挡板200的内侧和支撑部100的侧面之间形成预定的缝隙，该缝隙可以与反射镜300的形状对应。后述的反射镜300可以通过该缝隙插入旋转挡板200和支撑部100之间。

参照图7对反射镜300插入旋转挡板200和支撑部100之间的方法进行说明。如图4及图7的（a）所示，当旋转挡板200设置于支撑台140后，在支撑部100的侧面和旋转挡板200之间形成如图4、7所示的缝隙。反射镜300可以通过该缝隙从台阶部120的高厚度侧（上侧）向低厚度侧（下侧）插入。并且，反射镜300的底面可以抵接于支撑部100下方的底板110。从而旋转镜300的位置可以在旋转挡板200和支撑部100之间固定。其中，旋转挡板200和支撑部100之间的缝隙的大小优选与反射镜300的厚度近似而方便反射镜300插入且防止反射镜300晃动。并且，即使反射镜300在插入缝隙时存在不必要的旋转，当反射镜300抵接于底板110后，可以校正该旋转。在将反射镜300插入后，可以在反射镜300与旋转挡板200或支撑部100接触的位置涂粘合剂而进一步固定反射镜300的位置。

通过如上所述的方式，可以通过适当地设置台阶部120的高度及旋转挡板200与支撑部100之间的缝隙大小而有效地控制反射镜300相对于光扫描装置30旋转轴的倾斜度。

支撑部100还可以包括凸出部130。相较于台阶部120沿着横向形成，凸出部130可以在支撑部100的侧面沿着上下方向形成。并且，凸出部130可以形成于支撑台140的上方或下方。图3中示出了凸出部130形成于支撑台140下方的情形。其中，凸出部130优选形成于支撑台140的下方，且使凸出部130和支撑台140在水平方向形成于大致相同的位置，从而可以最大化设置反射镜300的区域。

并且，凸出部130形成于支撑部100侧面的用于形成反射镜300的位置的一旁。从而，当插入反射镜300时，凸出部130的侧面可以与反射镜300的侧面接触而用于固定反射镜300的侧向位置。在图3中，在A面和B面，凸出部130均形成于左侧端，并且在上下方向可以延伸至支撑部100的底部。凸出部130的具体形成位置不限于此，只要形成于与反射镜300的侧面抵接的位置即可。

接下来，参照图4~6对本发明的旋转挡板200进行说明。如图4所示，旋转挡板200置于支撑部100的支撑台140。

图5及图6是示出旋转挡板200的两个示例的平面图。如图5~6所示，旋转挡板200的外围可以为圆形，内部可以形成矩形的中空区域。并且，参照图2、图4，旋转挡板200形成为具有预定厚度的板形态。并且，旋转挡板200可以以垂直于旋转轴的方式设置于支撑部100。

如图5所示，在旋转挡板200的内部的四角可以形成有向内凸出的连接件210。连接件210可以从旋转挡板200的中空的内部区域的角落向内凸出，并用于与支撑部100的支撑台140连接固定。图5中示出了形成有4个连接件210的情形。连接件210的数量可以与光扫描装置30所包括的反射镜300的数量对应。

在两个相邻的连接件210之间形成有能够插入反射镜300的空间。并且，在旋转挡板200的内侧边和支撑部100的侧面之间形成能够插入反射镜300的空间。从而，如图4所示，当连接件210结合于支撑部100的支撑台140时，在旋转挡板200和支撑部100之间可以形成4个能够插入反射镜300的空间。

图5中示出了减少连接件210与旋转挡板200主体之间的连接部的宽度的情形。通过图5所示地形成旋转挡板200，相比于图6所示地形成旋转挡板200，可以增加两个相邻地连接件210之间地距离而增加连接件210之间的能够插入反射镜300的空间。因此，图5的连接件200相比于图6的连接件200，能够使宽度更大的反射镜300插入。

上文中，对旋转挡板200的形成插入反射镜300的空间的功能进行了说明。接下来，参照图8对旋转挡板200的阻挡作用进行说明。图8是示出旋转挡板200与固定挡板500的连接关系的示意图。图8为旋转挡板200和固定挡板500的竖直方向截面图。

如上所述，在支撑部100的内部可以设置旋转马达而借助旋转马达使支撑部100带动旋转挡板200和反射镜300进行旋转。因此，旋转挡板200属于旋转部件。并且，旋转挡板200与不进行旋转的固定挡板500相结合而起到防止激光从旋转挡板200上部的发射部分直接入射到旋转挡板200下部的接收部分。其中，固定挡板500可以在激光雷达内部沿水平方向形成而起到分隔发射部分和接收部分的作用，从而可以使从发射模块发出的激光通过窗口部发出后在激光雷达的外部物体反射后，通过窗口部入射而从固定挡板的另一侧进入接收模块。并且，在固定挡板500可以形成有与旋转挡板200的形状对应的孔而在孔内部设置旋转挡板200及光扫描装置30。如图8的（a）所示，旋转挡板200的左侧部件可以为固定挡板500。可以通过减少旋转挡板200和固定挡板500之间的相隔距离而减少激光从发射部分直接入射到接收部分。或者，也可以如图8的（b）所示，使旋转挡板200位于固定挡板500的凸出部下方而进一步阻挡旋转挡板200和固定挡板500之间的光泄露。

接下来，对根据本发明的一实施例的反射镜300进行说明。如图1及图7所示，反射镜300可以是矩形的平面镜。本发明中，通过支撑部100及旋转挡板200的形状形成能够使反射镜300倾斜设置的结构。因此，反射镜300形成为平面镜即可。相比于非平面镜形态的反射镜300，可以减少加工反射镜300的难度并且可以降低成本。

在安装反射镜300之前，可以先如图4所示地将旋转挡板200设置于支撑部100的支撑台140，然后在旋转挡板200和支撑部100之间插入反射镜300。在支撑部100的A面，底板110形成于支撑部100的厚度薄的上侧，因此，反射镜300可以从支撑部100的下方插入；在支撑部100的B面，底板110形成于支撑部100的厚度薄的下侧，因此，反射镜300可以从支撑部100的上方插入。插入反射镜300时，可以将反射镜300沿着凸出部130的侧面推动，从而可以更好地固定反射镜300的横向位置。并且，使反射镜300插入旋转挡板200和支撑部100之间的缝隙之后，可以将反射镜300推至接触于底板110，从而完成反射镜300的安装。插入反射镜300后，反射镜300的一侧面可以接触于台阶部120；或者反射镜300的另一侧面可以接触于旋转挡板200；或者反射镜300可以同时接触于台阶部120及旋转挡板200。在插入反射镜300之后，可以在反射镜300与支撑部100或旋转挡板200接触的位置进行点胶而固定反射镜300的位置。

通过如上方式，可以形成反射镜300相对于旋转轴的倾斜度各不相同的光扫描装置30。或者，可以形成至少一个反射镜300相对于旋转轴不平行的光扫描装置30。并且，利用旋转挡板200将反射镜300分为上下相隔的部分，从而可以将激光雷达的发射部分及接收部分上下相隔。即，可以使激光雷达的发射模块10位于旋转挡板200的上方或下方，并使接收模块位于旋转挡板的另一侧。

通过如上方式，可以将从发射模块10发出的光沿水平方向扫描，并且通过不同倾斜角的反射镜300增加激光在竖直方向的线数。

虽然本申请中对形成四个反射镜300的情形进行了说明，但本发明不限于此，可以应用于设置2个或更多反射镜300的情形。当改变反射镜300的数量时，可以对应地改变支撑部100的侧面数量以及旋转挡板200的形状。

在本发明中，光扫描装置30的上下方向可以相反，不会影响光扫描装置30在激光雷达的作用。

以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明的技术方案。

Claims (10)

1.一种光扫描装置，其特征在于，包括：

支撑部，绕旋转轴进行旋转，具有与旋转轴相隔的多个侧面；

旋转挡板，固定于支撑部，在支撑部的侧面与旋转挡板之间形成能够插入反射镜的缝隙；

反射镜，插入旋转挡板和支撑部之间的缝隙，

多个侧面中的第一侧面在旋转轴方向的第一端形成有从支撑部凸出的底板，反射镜与底板接触。

2.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

第一侧面的第一端相较于第一侧面的与第一端相对的第二端更靠近旋转轴。

3.如权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于，

在第一侧面的第一端和第二端之间形成有台阶部，第一侧面各个点与旋转轴的距离在台阶部突变，

反射镜与台阶部接触。

4.如权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，

台阶部的形成方向垂直于旋转轴。

5.如权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，

多个所述侧面平行于所述旋转轴。

6.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

在支撑部的多个侧面之间形成有支撑台，旋转挡板固定于支撑台。

7.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

在支撑部的侧面形成有凸出部，凸出部与反射镜接触，凸出部的形成方向与底板的形成方向垂直。

8.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

在所述支撑部内部设置有驱动支撑部以旋转轴为中心旋转的马达，

支撑部、旋转挡板及反射镜借助马达以旋转轴为中心进行旋转。

9.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

反射镜为平面镜形态，并且形成为矩形。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括：

光扫描装置，为权利要求1至9中的任一项所述的光扫描装置；

发射模块，向光扫描装置发出激光；

接收模块，接收从发射模块发出且在光扫描装置反射后，在激光雷达外部的物体反射后，在光扫描装置反射的激光。

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